Lentes Gravitacionais

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Lentes Gravitacionais

(2)

Introdução

“Deformação” da trajetória da

luz pelo espaço-tempo curvo.

(3)

Lenteamento Forte

• Arcos

• Anel de Einstein

Grande distorções e

magnificações

(4)

• Imagens múltiplas de

um quasar

Lenteamento Forte

Grande distorções e

magnificações

(5)

• Arcos

Lenteamento Forte

Grande distorções e

magnificações

(6)

Lenteamento Fraco

(7)

Microlenteamento

(8)

Suspeitada por Newton, Laplace, …

John Mitchell (1784): em carta a Cavendish menciona deflexão da

luz pela força gravitacional

Johan Solden (1804): primeira publicação do cálculo do ângulo de

deflexão (Newtoniano)

Einstein (1911): cálculo via Princípio da Equivalência

Einstein (1915): cálculo via Relatividade Geral (a curvatura do

espaço-tempo altera a propagação da luz)

Histórico da deflexão da luz

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1919: observação da deflexão da luz (em Sobral – CE e Ilha do

Príncipe) durante eclipse solar

Histórico da deflexão da luz

“A questão que minha mente formulou foi respondida pelo radiante céu do Brasil.”

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Lodge (1919): sugeriu o termo “lentes”, mas notou que não havia distância focal

Chwolson (1924) e Einstein (notas de 1912): alinhamento perfeito entre observador,

lente e fonte geraria imagem com a forma de anel

Einstein (1936): considerou lenteamento por uma estrela e conclui que a deflexão é

muito pequena (mili segundos de arco)

Zwicky (1937): considerou galáxias como lentes e calculou que deflexão seria da

ordem de segundos de arco; lentes como telescópios naturais e probabilidade das lentes

Klimov (1963): considerou lenteamento galáxia-galáxia

Liebes (1964): considerou estrelas da Via Láctea lenteando estrelas de M31;

microlenteamento

Refsdal (1964): sugeriu utilizar o time delay para determinar a constante de Hubble

Histórico das lentes

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1979: primeiro quasar lenteado (imagem dupla de QSO 0957+561)

1986: primeiro conjunto de arcos em aglomerados de galáxias

(Abell 370)

1988: primeiro anel de Einstein (em rádio)

1989: microlenteamento de quasares

1990: primeira detecção de lentes fracas

2003: primeira detecção de planetas pelo efeito de microlente

Primeiras detecções

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Telescópios naturais

Determinação de massa

Estudo da natureza da matéria escura

Busca de planetas e objetos compactos

Estrutura de galáxias e aglomerados

Estrutura em grande escala

Determinação dos parâmetros cosmológicos

Aplicações

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Dimensão do objeto que faz lenteamento é muito menor do

que a distância entre observador e a lente e a lente e a fonte

Desvio da luz ocorre apenas no chamado plano da lente

Estudos indicam que matéria ao longo da linha de visada

contribui com 10% do número de arcos

Aproximação de lente fina

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Equação da lente

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Anel de Einstein

0 Observador D_ds _D d Fonte

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Plano da fonte _{Plano da lente}

Fonte (extensa) alinhada com o centro da lente Anel de Einstein

GravLens (Keeton 2001)

Fonte: Sérsic n=1, Ro=3kpc (z=1), Ds=2Mpc

Lente: esfera isotérmica singular =220km/s, Dd=1Mpc

F_I/F_F=A_I /A_F=98.3

_E~0.7”

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Plano da fonte Fonte Arcos gravitacionais (strong lensing) Plano da lente n=2 F_I/F_F=A_I /A_F=14.4 GravLens (Keeton 2001)

Lente: esfera isotérmica singular

=220km/s, Dd=1Mpc E~0.7”

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Plano da fonte “Arclet” (weak lensing) Plano da lente n=2 F_I/F_F=A_I/A_F=2.8 _E~0.7” GravLens (Keeton 2001)

Lente: esfera isotérmica singular =220km/s, Dd=1Mpc

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Plano da fonte 1 3 F_I/ F_F=31.3 Curvas críticas Cáusticas Plano da lente

Simulação com GravLens

Fonte: Sérsic n=1, Ro=3kpc (z=1), Ds=2Mpc Lente: esfera isotérmica com core r_c=0.1” =220km/s, Dd=1Mpc

Cáusticas = mapeamento das curvas críticas através da eq. da lente

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Plano da fonte

1 3

F_I/ F_F=14.6 Plano da lente

Cáusticas: “regiões de estabilidade de soluções”

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Plano da fonte

1 3

Plano da lente

(22)

Plano da fonte

1 3

Plano da lente

“Quando a fonte cruza uma cáustica um par de imagens é criado/destruído próximo à curva crítica correspondente, dependendo do sentido de cruzamento”

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Plano da fonte

1 3

Plano da lente

Arco radial

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Source plane _{Image plane} Plano da fonte

1 3

Plano da lente

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Source plane _{Image plane} Plano da fonte 1 3 F_I/ F_F=5.5 Plano da lente “Arclet”

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3 5 1 Plano da fonte Cruz de Einstein F_I/ F_F=17.8 Plano da lente

Fonte: Sérsic n=1, Ro=3kpc (z=1), Ds=2Mpc Lente: esfera isotérmica com core pseudo-elíptica b/a=0.4, r_c=0.1”, =220km/s, Dd=1Mpc

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5

3

1

(28)

5

3

1

(29)

5

3

1

(30)

5

3

1

(31)

5 3 1 Plano da fonte F_I/ F_F=4.9 Plano da lente Arco radial

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5 3 1 Plano da fonte F_I/ F_F=2.5 Plano da lente

(33)

5

3

1

(34)

5 3 1 Plano da fonte Arco gigante F_I/ F_F=18.8 Plano da lente